JPH01271034A - 連続鋳造鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、連続鋳造に使用する鋳型に関するものである
。

従来の技術 連続鋳造は、冷却水などの冷却手段をもった鋳型に溶融
金属を注入し、溶融金属を凝固させながら鋳片を連続的
に製造する方法である。

連続＃Ｊｌ造法は、生産縫および普及率から考えれば鉄
鋼の連続鋳造が代表的であるので、以下鉄鋼の場合につ
いて説明し問題点を明らかとする。

鉄鋼の連続鋳造は、取鍋または中間容器内の溶鋼を水冷
された銅あるいは銅合金鋳型に連続的に注入し、冷却凝
固させつつ連続的に鋳片を得る鋳造法である。しかし、
溶鋼あるいは高温の凝固殻と鋳型が直接接触すると焼き
付きが生じ、引き抜き力によって凝固殻を破断するため
に、破断点が鋳型下端を通過した瞬間内部の溶鋼が漏れ
て、いわゆるブレークアウトと呼ばれる鋳造不衡に陥る
ことがある。

ブレークアウトは、鋳型内での焼き付きなどによる凝固
殻拘束に主な原因があり、拘束力を低下させることが解
決の主眼となる。

一般に、鋳型の一端が大気解放された通常の連続Ｍ造機
においては、連鋳パウダーと呼ばれる酸化物系低融点フ
ラー、クスを、＃ＰＩ型内溶鋼面に添加し溶融せしめ液
状潤滑材を鋳型と鋳片間に流入さ仕ることによって、焼
き付き及び摩擦力を低減することが行なわれている。

また、構造上パウダー添加による′ｊＪｔ型潤滑が不５
（能な水平連続鋳造装置では、鋳型表面の改質を行なう
ことによって焼き付き防止、１ｔｌ擦抵抗低減を図って
いる。

鋳型の摩擦抵抗は、鋳型内面と鋳片の摺動によって発生
するので、鋳型内面の潤滑性を向上させることによって
ブレークアウトを防止することが可ず走である。

例えば、水平連鋳鋳型のＩｆ！擦抵抗抵抗少させる方法
として、内面に潤滑性が良好な黒鉛を内張すする方法、
弗化黒鉛をＮｉメッキ中に分散させる電解メッキ技術（
鉄と鋼、Ｖａｔ　Ｂ？、Ｎｏ、ｆｌ　（１９８１）、ｐ
、３４４　）を例示できる。

これは、鋳型との鋳片の摩擦抵抗を減少させるばかりで
なく、初期凝固殻と鋳型の焼き付きを防１Ｆシ、脆弱な
凝固殻の破断防止を図り、安定したｉ！ｉ！続鋳造全鋳
造しようとするものであるが、分散メッキを銅あるいは
銅合金に直接電解メッキ法によって施しているので、メ
ッキ層の密着性が不十分で使用中剥離や潤滑粒子の離脱
などが起こり、長時間使用に耐えない。

また、密着性を向上させるためにメッキ後熱処理によっ
てメッキ材と銅あるいは銅合金の拡散を助長することが
可能であるが、原子拡散を十分性なわせるには７００〜
８００℃程度の高温度に加熱する必要がある。

一方、高温熱処理は潤滑粒子の劣化を招くことになり熱
処理は分散メッキの場合望ましい処理ではない、ちなみ
に、弗化黒鉛の分解温度は３２０〜４２０℃であり劣化
はまぬがれない、従って、弗化黒鉛を分散させても鋳造
あるいは繰り返し使用によって潤滑機悌が低下し、長時
間安定的に達成することは不可部と判断される。

また、特開昭８１−　ＩＥｆ２２４５では、鋳型摩耗防
止を目的として鋳型内面の改質を提案している。この改
質は、鋳型摩耗による鋳片形状の変化防１１：、鋳片表
面への銅の浸入による鋳片表面の脆化による鋳片表面割
れ防止の観点から実施されている。メッキ基材として、
特にＮ１−ＰまたはＸｌ−Ｂ合金を、メッキ法として無
電解メッキ法を選択している。メッキ基材の選択根拠は
、Ｎ１−ＰまたはＸｌ−８合金の硬度が高硬度を示すこ
とによっている。又、潤滑材の分散メッキは摩耗量減少
を指向して潤滑性を持たせているもので、その効果は連
続鋳造鋳型下部の摩耗改善にあるとしている。

しかし、分散ノー２キ層は無電解メッキによって鋳型内
面に直接施すものであるが、鋳型は溶融金属あるいは鋳
片からの伝熱によって極めて大きな熱負荷を受け、Ｐｔ
型内面には鋳型基材（銅あるいは銅合金）とメッキ層の
熱膨張差によって応力が発生しメッキ層剥離が起こり易
い、また、メッキ層中に粒子を分散させることから密着
性も劣り易く、メッキ層の剥離ばかりでなく粒子の離脱
も発生し易い、従って、鋳型のように熱負荷が大きい部
材では長時間あるいは長期間にわたって潤滑機能を維持
することは困難である。

更に、メッキ層の硬度を高めるために熱処理を要するこ
とを示しているが、その条件が明示されていない、一般
にＮ１−Ｐ、　Ｎｉ−８合金での硬化促進のための熱処
理温度は、３００〜４００℃が適当であると考えられる
。しかし、この温度範囲に熱処理を施せば二硫化モリブ
デン、黒鉛、などの潤滑性粒子の劣化を招き、所期の目
的を達成できない。

その価、摩耗防止などを図る方法として、例えば、Ｎｉ
及び／又はＣｏ、　Ｘｌ−Ｆｅ合金等の皮膜や旧友膜上
にＣｒ皮膜を設けた２層皮膜（特公昭５４−３７５６２
号）　、　Ｎｉ及び／又はＣｏの皮膜ヒにＮｉ及び／又
はＣ。

とＰ及び／又はＢとの合金皮膜を設けた２層皮膜（特公
昭５１−１４７４３１号）などが例示できる。

以」；のように連続鋳造における安定構造を達成するに
は、鋳型内の拘束あるいは鋳型と鋳片の摩擦力を低減す
ることが重要であるにもかかわらず、鋳型の改善と言う
点では十分な対策が講じられているとは言い難い。

発ＩＩが解決しようとする課題 木発明者の検討によれば、連続鋳造の安定操業にとって
鋳型内での拘束力を低減することが重要であり、特に鋳
型潤滑材が構造上使用できない連続鋳造においては、鋳
型内での凝固殻拘束力を低減する十分な対策が不可欠で
あることを見出し、伝熱性など連続鋳造用鋳型材質とし
て有用な銅または銅合金を基本として、鋳型内面の表面
改質を確実に行なう場合重要な事実を見出した。

すなわち、鋳型内面の改質をメッキ法によって行なう限
り、単一メッキ層では熱変形によって剥離などを起こし
鋳型寿命が低下するので、熱負荷による膨張量差を十分
に吸収できる複層構造にする必要がある。特に第２層は
、固体潤滑材や耐摩耗性材料を分散複合する分散メッキ
が有効でメッキ基材の密着性が重要である。

課題を解決するための手段 本発明は、こうした事実のちとに考案されたものであり
、その特徴とするところは、銅または。

銅合金よりなる連続鋳造鋳型において、鋳型の内面にＮ
ｉまたはＣ「またはＣＯを主メッキ材とする１次メッキ
を２〜２００　ＪＬ施し、更にＮｉまたはＣｒまたはＣ
Ｏをメッキ材質とし、これに粒径０．１−１００　ｇの
固体潤滑粒子を体積率１〜６０％配合する分散メッキ５
〜５００井を施した連続鋳造用鋳型であり、固体潤滑材
を窒化ホウ素、二硫化ウラン、二硫化モリブデン、弗化
黒鉛、黒鉛、二硫化タングステンなど潤滑性に優れた粒
子とし、少なくとも１種以上用いたものである。

作用　− 連続鋳造とりわけ水平連続鋳造など鋳ｙ！！ｉ潤滑材が
使用できない鋳造法の安定鋳造にとっては鋳型内の拘束
力低減が重要であり、鋳型内面改質が有効であることを
述べた。その際、改質層の密着性及び層の安定性を図る
ことが極めて重要である。

銅または銅合金の鋳型内面に、ＮｉまたはＣｒまたはＣ
ｏのメッキを電解あるいは無電解メッキ法によって１次
メッキを施し、次に窒化ホウ素粒子などを含有する分散
メッキ層を設けることによって、密着性あるいは耐久性
に優れた表面改質を行なうことができる。

即ち、１次メッキは、銅または銅合金との密着性を向上
させるために実施するものである。このメッキ層が良好
な密着性を有することは、通常の鋳型材にて実用化され
ている点からも明らかである。

また、１次メッキ層は分散メッキ層との密着性を良好な
ものとする機能も有する。これは、１次メッキ層と分散
メッキ層のメッキ基材が同一の系であるため原子間隔の
不整がほとんどないことによる。

更に、１次メッキ層は極めて重要な４！１俺を有してい
る０分散メッキ層は、複合粒子を含有するために鋳造時
には熱負荷によって銅鋳型（または銅合金鋳型）及び１
次メッキ層と異なった熱膨張量を示す、しかし、銅と分
散メッキ層の間の１次メッキ層は、熱膨張差によって発
生する熱応力を吸収する機箭がある。これによって鋳型
とメッキ層の剥離を完全に防止でき、耐熱性に優れる安
定した鋳型内面改質が回部となる。すなわち、１次メッ
キ層は、応力、歪などの緩衝材として機能するものであ
る。

次に、メッキ層の信頼性を一層向上させるには、例えば
２００℃以下の低温度に加熱してメッキ層中のガス成分
、とりわけ水素を除去することも有効であるし、窒化ホ
ウ素など熱的安定性（大気中７００℃）に優れる粒子を
用いる場合には高温熱処理も可能である。しかし、本発
明はメッキ層硬度を高くしなくとも潤滑性が優れること
から、高温熱処理は不可欠なものではない。

また、特に限定するものではないが鋳型内面の形状、す
なわちメッキ面の表面状態によってメッキ手法を選択す
るのが良い０例えば、円柱状鋳片を得る円筒状鋳型にお
いては、電解、無電解メッキいづれの手法においても良
好な表面改質を達成できるし、角形鋳片の＃８型におい
てはコーナ一部を有することから無電解メッキが有効で
ある。鋭いコーナーがある場合、電解メッキ法では電流
密度の均一化が難しく均一なメッキ厚を得難いことによ
るが、コーナ一部に円筒面加工など適当な加工を施すこ
とによって電解メッキを実施することも可能である。

１次メッキ層の厚さは、２〜２００ＪＬが適当であり、
この範囲内で鋳型寿命などによって適宜選択すれば良い
が、　１０〜２０ルが最も良好である。

分散メッキ層の厚さは、５〜５００ｐが適当であり、鋳
型寿命、経済性、密着性などの観点から決定すればよく
、２０〜３００−が望ましい。

分散粒子は潤滑性のある、窒化ホウ素、二硫化ウラン、
二硫化モリブデン、弗化黒鉛、黒鉛、二硫化タングステ
ンなどの固体潤滑粒子が良く、少なくとも１種以上粒子
を使用すればよく、形状は粒子の離脱を低減する点から
、球形よりむしろ非球形が望ましいが、粒子形状を特に
限定する必要はない。

粒子の大きさは、分散メッキ層の潤滑性、密着性との関
係から、一般には平均粒径Ｑ、１〜１００ルの粒度が良
く、分布幅がある程度広い方が有効である。特に、１〜
５０ＩＬが望ましい。

分散メッキ層中の粒子体積率は、１０〜４０％が優れた
特性を示すが、５〜６０％においても十分な機能を示し
た。

しかし、これらの条件は鋳型内面改質の必要程度によっ
て上記範囲内で適宜変更すれば良い。

以下、第１図〜第３図にノ、（づいて本発明を更に説明
する。第１図（ａ）は１本発明の具体例であって鋳型の
縦断面を示す図である。銅あるいは銅合金からなる鋳型
ｌと鋳型冷却箱２より水冷鋳型３を構成し、４は冷却水
通路で、１次メッキ層５及び分散″メッキ層６を設けた
構造である。

このメー、キ層５及び６は、第１図（ｂ）に示すように
銅または銅合金鋳型ｌに対して電解あるいは無電解メッ
キにより１次メッキが適当厚さ施され、分散メッキ層６
は１次メッキ５に重ねて施し、潤滑性に優れた粒子７（
例えば、窒化ホウ素、黒鉛、二硫化モリブデンなど）を
含有させたものである。

第２図（ａ）　、　（ｂ）は、本発明の応用例であって
、鋳型の長さ方向にメッキ厚を変えて実施したもので、
ＰＪ造プロセスあるいは鋳型寿命延長などの目的に応じ
て実施される。

第３図（ａ）　、　（ｂ）は、同じく本発明の応用例で
あって鋳型長手方向に分散粒子の種類あるいは含有量を
変えたものである０、例えば、熱負荷が大きい部分に熱
的安定性が高い窒化ホウ素などを主成分として分散させ
た場合である。勿論、分散粒子の種類の組み合わせは任
意の組み合わせを行なえば良く、数種の粒子を同時に分
散メッキすることも可能である。

第４図は、補修品に本発明を適用したものであり、機械
加工によるメッキ層の削除が困難な場合には、１次メッ
キ層を再度行なうことにま、ｚ補修可使である。

発明の効果 本発明は、銅または銅合金からなる連続鋳造用鋳型内面
に１次メッキ層と分散メッキ層を設けることによって、
鋳型内での凝固殻拘束力を低値に安定させることが可能
で、潤滑性、耐摩耗性においても優れた効果を生ずる。

また２本発明鋳型は、連続鋳造の安定操業に多大なる効
果を示し、産業上極めて有魁義な発明と言える。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の具体例であって鋳型の縦断面
図を、（ｂ）は詳細図を示す。 第２図（ａ）　、　（ｂ）は、本発明の応用例であって
、鋳型の長さ方向にメッキ厚を変えた断面図、第３図（
ａ）　、　（ｂ）も同じ〈鋳型長手方向に分散粒子の種
類を変えた断面図である。また、第４図は補修品に未発
ＩＪＩを適用した断面図である。 １１１−・・鋳型、２・・・鋳型冷却箱、３・φ・水冷
鋳型、４・・・冷却水通路、５・・・１次メッキ層、６
・・・分散ノー２キ層、７・・・固体潤滑粒子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 銅または、銅合金よりなる連続鋳造鋳型において、鋳型
   の内面にＮｉまたはＣｒまたはＣｏを主メッキ材とする
   １次メッキ層を２〜２００μ施し、更にＮｉまたはＣｒ
   またはＣｏを主メッキ材質としこれに粒径０．１〜１０
   ０μの窒化ホウ素、二硫化ウラン、二硫化モリブデン、
   弗化黒鉛、黒鉛、二硫化タングステンのうち少なくとも
   １種からなる固体潤滑粒子を体積率５〜６０％配合して
   分散メッキ層５〜５００μを設けたことを特徴とする連
   続鋳造用鋳型。